Калькулятор расчета спиральной антенны

Содержание

Калькулятор размеров Whip / штыревой дипольной J антенны.

Расчет размеров J антенны для частоты ??? МГц … Размер A = см … Размер B = см … Размер C = см … Размер D = см … Размер E = см … Размер F = см …

Антенна (далее по тексту А.

) : antenna … радиоантенна … излучатель радиоволн … преобразователь энергии эфира … электромагнитный конвертер … N-полюсник излучения …

Оптимальные частоты разумных размеров использования J А.

: 144 МГц и 437 МГц … Для более низких частот можно попробовать размеры λ / 4 , но это чисто теоретически ; в таком случае работоспособностьА. на прием, а тем более на передачу — не гарантируется …

А.

, я называю ееwhip antenna J match — штыреваяА. с J согласованием, или — джейка, как ее называют в народе — в корне разрушает все мои упорядоченные знания о классификацииА.

Понятие антенны Харченко

Это зигзагообразная антенна, которая внешне выглядит как два квадрата, скрепленные между собой. Каждый угол вибратора равняется 90°.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Антенна «биквадрат» может использоваться не только для приема цифрового ТВ, но и в качестве усилителя других типов сигналов. Можно рассчитать конструкцию так, что получиться усилить сигнал мобильной связи, мобильного интернета (3G, 4G), Wi-Fi сигнала. В каждом случае при расчете потребуется в формулу подставлять разные величины.

Ромбовидная антенна, кроме большой сферы применения, имеет следующие достоинства:

  • высокий коэффициент усиления;
  • широкая область применения (описали абзацем ранее);
  • широкополосность – способна принимать одновременно волны метровой и дециметровой длины, а значит, получится настроиться сразу на цифровые и аналоговые каналы;
  • легкость и дешевизна изготовления. Получится сделать антенну Харченко своими руками для цифрового ТВ даже новичку. Нужно только сделать простой расчет под конкретные нужны, согнуть по шаблону кусок медной проволоки и подключить к конструкции антенный кабель.

О «полячках» и усилителях

У многих пользователей польские антенны, ранее прилично принимавшие аналог, цифру брать отказываются – рвется, а то и вовсе пропадает. Причина, прошу прощения, похабно-коммерческий подход к электродинамике. Стыдно порой бывает за коллег, сляпавших такое «чудо»: АЧХ и ФЧХ похожи то ли на ежа-псориазника, то ли лошадиный гребень с выломанными зубьями.

Единственно, что хорошо в «полячках» – их усилители для антенны. Собственно, они и не дают сим изделиям бесславно помереть. Усилители «поячек», во-первых, широкополосные малошумящие. И, что еще важнее – с высокоомным входом. Это позволяет при той же напряженности ЭМП сигнала в эфире подать на вход тюнера в несколько раз большую его мощность, что дает возможность электронике «выдрать» цифру из совсем уж безобразных шумов. Кроме того, вследствие большого входного сопротивления польский усилитель – идеальное УСС для любых антенн: что ни цепляй ко входу, на выходе – точно 75 Ом без отраженки и ползучки.

Однако при очень плохом сигнале, вне зоны уверенного приема, польский усилитель уже не тянет. Питание на него подается по кабелю, и развязка по питанию отнимает 2-3 дБ отношения сигнал/шум, которых может как раз и не хватить, чтобы цифра пошла в самой глубинке. Тут нужен хороший усилитель ТВ сигнала с раздельным питанием. Располагаться он будет, скорее всего, возле тюнера, а УСС для антенны, если оно требуется, придется делать отдельно.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Усилитель ТВ сигнала ДМВ

Схема такого усилителя, показавшая почти 100% повторяемость даже при выполнении начинающими радиолюбителями, приведена на рис. Регулировка усиления – потенциометром Р1. Дроссели развязки L3 и L4 – стандартные покупные. Катушки L1 и L2 выполняются по размерам на монтажной схеме справа. Они входят в состав полосовых фильтров сигнала, поэтому небольшие отклонения их индуктивности не критичны.

Однако топологию (конфигурацию) монтажа нужно соблюдать точно! И точно также обязателен металлический экран (metal shield), отделяющий выходные цепи от прочей схемы.

Сравнение антенны Харченко и Туркина

Комнатная антенна для цифрового ТВ своими руками: 2 схемы

Калькулятор расчета спиральной антенны

Эра аналогового телевидения помогла мне набраться опыта в изготовлении направленных и широкополосных антенн, работающих на разных удалениях от телебашни.

Поэтому мне было сразу понятно, как должна быть спроектирована и изготовлена комнатная антенна для цифрового ТВ своими руками. Сделал и испытал две конструкции для частоты 626МГц:

1. Широкополосную антенну Харченко для работы в зоне уверенного приема (на удалении от телепередатчика до 25 км);

2. Узконаправленную модифицированную антенну Туркина дальнего приема ТВ сигналов для дистанций до 50 км или чуть больше.

Антенна Харченко

За основу конструкции взят отрезок толстой проволоки, который изогнут формой сдвоенных квадратов.

Калькулятор расчета спиральной антенны

· Найти через интернет частоту передачи сигала для моей местности;

· Рассчитать под ее величину размеры всех элементов;

· Собрать конструкцию и проверить в работе.

Все это читайте в статье на сайте здесь. Так она смотрится на окне комнаты для вертикальной поляризации.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Антенна Туркина

Эта конструкция является доработкой известного типа «волновой канал». Но вместо активных и пассивных вибраторов у ее работают проволочные кольца.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Размеры привязаны к длине волны, которую вычисляют через частоту и скорость распространения электромагнитных колебаний.

Технология изготовления тоже очень простая:

· в деревянной рейке насверлил отверстий;

· вставил в них кольца из проволоки;

Получилась простая конструкция.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Она подробно описана отдельной статьей. Читайте.

А вот ее первое испытание.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Какие внешние условия влияют на прием телевизионного сигнала

Не стоит надеяться, что при первом включении телевизор сразу заработает нормально. Антенну необходимо правильно сориентировать в пространстве, учесть ряд факторов. Все это я тоже расписал отдельной статьей.

Особенно сильно может сказаться внешнее влияние рельефа местности.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Желаю вам удачи в проектировании и изготовлении комнатной антенны для цифрового ТВ своими руками. Когда у вас возникнут вопросы, то всегда можете задать их на моем сайте домашнего мастера.

Читать также: Инструмент для развальцовки медных труб

Краткий обзор теории

Спиральная антенна может быть описана как пружина с количеством витков N с отражателем. Окружность (C) витка составляет приблизительно длину волны (l), а дистанция (d) между витками составляет приблизительно 0.25C. Размер отражателя (R) составляет C или l и может иметь форму круга или квадрата.

Конструкция излучающего элемента вызывает круговую поляризацию (КП), которая может быть как право-, так и левосторонней (П и Л соответственно), в зависимости от того, как намотана спираль.

Для того, чтобы передать максимум энергии, обе стороны соединения должны иметь одинаковую направленность поляризации, кроме случаев, когда используется пассивный отражатель радиоволн на пути передачи сигнала.

Усиление (G) антенны относительно изотропии (dBi) может быть расчитана по следующей формуле:

G = 11.8 + 10 * log {(C/l)^2 * N * d} dBi               (1)

В соответствии с выводами Др. Даррела Эмерсона (Dr. Darrel Emerson, AA7FV) из Национальной Радиоастрономической Обсерватории, результат вычисления по формуле , также известной как формула Крауса (Kraus formula), 4-5 dB слишком оптимистичен. Др. Рей Кросс (Dr. Ray Cross, WK0O) проанализировал результаты исследования Эмерсона в программе анализа антенн ASAP.

Характеристика полного сопротивления (импенданса) (Z) полученной передающей линии эмпирически должна описываться формулой

Z = 140 * (C/l) Ohm                                    (2)

Реализация для частоты 2.43 ГГц (aka S-band, ISM band, 13 cm amateur band)

l = (0.3/2.43) = 0.1234567 m  (12.34 cm)            (3)

Диаметр витка (D) = (l/pi) = 39.3 mm         (4)

Стандартная канализационная пластиковая труба с внешним диаметром 40 мм является для нас превосходным решением и легкодоступна в магазинах «Сделай сам» или у любого сантехника Спираль может быть намотана из стандартного медного провода, который применяется в домашнем хозяйстве для цепей 220 В переменного тока. Этот провод имеет цветную поливинилхлоридную изоляцию и медный сердечник диаметром 1.5 мм. Обмотка проводом трубы даст результирующий диаметр D = 42 мм благодаря толщине изоляции.

Популярные статьи  Уличные светодиодные прожекторы

D = 42 mm, C = 42*pi = 132 mm (which is 1.07 l)    (5)

d = 0.25C = 0.25*132 = 33 mm                       (6)

Для дистанций от 100 м до 2.5 км в пределах прямой видимости, 12 витков (N = 12) достаточно. Следовательно, длина трубы будет около 40 см (3.24 l). Обмотайте провод вокруг трубы и приклейте его поливинилхлоридным или любым другим, содержащим тетрагидрофуран (THF), клеем. Это даст очень прочную намотку вокруг трубы, как показано на рисунке 1 ниже.

Калькулятор расчета спиральной антенныРисунок 1. Использованные материалы с размерами.

  • Сопротивление антенны:
  • Z = 140 * (C/l) = 140*{(42*pi)/123.4} = 150 Ом      (7)
  • требует соответствия сети для использования стандартного 50 Ом UHF/SHF коаксиала и коннекторов.
  • Обычно используется заглушка в 1/4 волны с сопротивлением (Zs)
  • Zs = sqrt(Z1*Z2) = sqrt(50*150) = 87 Ом               (8)

Из-за спиральной конструкции это соответствует 1/4 витка. Однако, с точки зрения механики, учитывая то, что необходимо позаботиться о водонепроницаемости, если антенна используется на открытом воздухе, есть более предпочтительные методы достижения сопротивления спиралью сопротивления в 50 Ом.

Первой мыслью было эмпирически увеличить d для первого и второго витка и добиться нужного значения методом проб и ошибок, измеряя результат при помощи направленного блока сопряжения и генератора сигнала.

Так что вся хвала — ARRL и Джейсону, для антенны были использованы его размеры. Честно говоря, эта страница практически копирует его страницу, за исключением того, что спираль намотана в противоположном направлении :)).

Калькулятор расчета спиральной антенны

Рисунки 2a и 2b. Идея, размеры и монтаж согласователя. Гипотенуза треугольника должна быть продолжением провода.

Теперь необходимо припаять согласователь к спирали, приклеить их и приготовиться к соединению с колпачком, как показано на Рис. 3.

Калькулятор расчета спиральной антенныРисунок 3. Почти законченная спиральная антенна.

Готово! (Рис. 4)

Калькулятор расчета спиральной антенныРисунок 4. Законченная 12тивитковая 2.4 ГГц спиральная антенна, G = 17.5 dBi или 13.4 dBi (соответственно по Краусу или Эмерсону).

Характеристики антенны были измерены. Результаты — на Рис. 5a и 5b:

  1. Рисунок 5a. Потери на отражении (dB) от 2300 до 2500 МГц
  2. Рисунок 5b. Диаграмма Смита 2300-2500 МГц
  3. Рисунок 6a Установка для измерения
  4. Рисунок 6b «Спиральная антенна за час» и анализатор Rohde & Schwarz
  5. И наконец, спиральная антенна в действии…
  6. Рисунок 7a Излучает на мой LAP (Local Access Point
  7. Рисунок 7b Вид снизу

Некоторые конструктивные особенности укороченных вертикалов.

В том случае, если мы расположим наши радиалы не горизонтально, а наклонно, что существенно удобнее для растяжки антенны, то платой за это будет, снижение импеданса антенны. Экспериментально установлено, что наклонная часть радиалов(емкостной нагрузки), должна занимать не более 57% от высоты вертикала. При таком расположении радиалов, импеданс снизится не столь значительно. На Рис.8 показана конструкция укороченного вертикала, с наклонной системой искусственной емкостной нагрузки .

Калькулятор расчета спиральной антенныРис. 8

Совершенно очевидно, что качество земли или качество ,,земляных,, радиалов, расположенных у основания вертикала, приобретает зачительно более важное значение с укороченными вертикалами, чем с полноразмерными. Сопротивление потерь в системе ,,земляных радиалов,, сказывается тем сильнее, чем более низкий импеданс имеет вертикал

Поэтому, системе противовесов, в этом случае, надо уделить более пристальное внимание. Пример:

Для полноразмерного вертикала, имеющего сопротивление излучения 36.6 Ом, при сопротивлении потерь в земле, допустим 10 Ом, мы получим КПД вертикала:

КПД = 36.6/(36.6 +10)= 78.5%

Но то-же сопротивление потерь для укороченного вертикала, высотой 45 градусов, и имеющего сопротивление излучения, согласно Рис.7, всего 18 Ом, даст нам другое значение КПД:

КПД = 18/(18+10)= 64%

Необходимо учитывать, что снижение импеданса антенны, приведет к уменьшению полосы пропускания антенны.

Ширина полосы пропускания вертикала и методы настройки его в резонанс.

Оценить ширину полосы пропускания антенны, можно по формуле:

B = F/Q,

Где F – рабочая частота

Q – добротность вертикала ( Q = Z/Rизл + Rпот.)

Rпот – сопротивление потерь системы заземления вертикала( 10 Ом – средняя земля)

Брем данные из примера расчета емкостной нагрузки для укороченного вертикала:

Вычислим добротность Q:

Q = 339 Ом/30 + 10 = 8.47

Отсюда искомая ширина полосы пропускания:

B = 1.85/8.47 = 0.218 Мгц или 218 кГц

Для сравнения, полоса пропускания полноразмерного вертикала, будет 240 кГц. Разница не очень значительна, потому что высота нашего укороченного вертикала равна 66.3 градуса. Если же мы выберем вертикал, высотой 45 градусов или 0,125 лямбды, то полоса будет существенно меньше, т.к сопротивление излучения такого вертикала, согласно графика на Рис.7, будет 18 Ом. Характеристическое сопротивление антенны, будет:

Z = 60[ln(4h/d) – 1]= 316.6

Найдем добротность вертикала:

Q = 316.6/18 + 10 =11.31

Откуда ширина полосы пропускания укороченного вертикала:

B = 1.85/11.31 = 0.163 Мгц или 163 кГц.

Это и будет шириной полосы по уровню -3db/

Сравните это значение с 240 кГц, для полноразмерного.

Это плата за уменьшение габаритов вертикала.

Все данные для этого расчета взяты из предыдущего примера.

Если вертикал оказался немного коротким, т.е. имеет резонанс несколько выше по частоте, можно рекомендовать применение включения в основание вертикала, переменной индуктивности, подбором которой, можно понизить частоту резонанса до

требуемой. Следует применять индуктивность с максимально возможной добротностью катушки, т.е. катушка должна иметь возможно толстый провод(желательно посеребренный), и отношения диаметра катушки к длине намотки, долно быть около 1. Поскольку любая катушка индуктивности, имеет конечное значение добротности, то потери вертикала, уменьшение его КПД – неизбежно. Поэтому не следует применять индуктивность, включенную в основание вертикала, без особой необходимости.

Если же вертикал имеет резонанс несколько ниже по частоте, то вместо индуктивности, можно применить переменную емкость. Поскольку переменная емкость с хорошим диэлектриком имеет добротность, превышающую на порядок добротность индуктивности, потеря КПД вертикала, в этом случае , будет значительно меньше.

Этими элементами подстройки, вертикал настраивают по минимуму КСВ, на нужной частоте.

Диаграмма направленности укороченных вертикалов, ничем не отличается от диаграмм полноразмерных вертикалов.

Сборка антенны для DVB-T2

Тут должно быть все понятно. Берем наш отрезок ВВГ или что там у вас. Для определения примерной длины проволоки необходимой для сборки антенны, можно L1*8 и накинуть пару сантиметров. 12*8+2=98 см понадобилось для изготовления моей антенны.

Если у вас толстая проволока 4-5 мм диаметром то скорее всего без тисков будет не обойтись. Мне же хватило плоскогубцев.

Читать также: Кронштейны для прокладки кабеля по стене

Зачищаем провод от изоляции. Затем плоскогубцами гнем биквадрат. Смотрим фотки. Все углы под 90 градусов.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Потом припаиваем 75 Омный телевизионный кабель. Жилу паяем к одному квадрату, Оплетку к другому.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Сигнал на высоких частотах распространяется по поверхности проводника, поэтому антенну после сборки лучше покрасить. Я использовал остатки акриловой фасадной краски. Место пайки лучше залить термоклеем или герметиком.

Провод от места пайки крепим стяжками (ремешками) вдоль сторон квадрата, как на фото. Это обязательное действие является согласованием антенны.

Изготовление штыревой дипольной радиоантенны с J согласованием.

Штыревая А.

с J согласованием была найдена, как вариант антенны для приема SSTV телевидения с МКС, но также хорошо распространена и применима для многих видов аналоговой и цифровой радиолюбительской связи …

А.

показала уверенно / хорошие результаты и простоту изготовления с некритичными размерами … По слухамА. может работать на удвоенной и утроенной частоте, но только — на прием, на передачу помешает КСВ … ШтыреваяА. с J согласованием получилась значительно длинной ( 2.06 метра ), а из моей практики — все длинныеА. работают хорошо … Об этом же говорит правилоА. λ / 4 … Стоп … Здесь это правило не действует, потому-что JА. — конструкции полно / волновой длины волны … Интересно, будет ли она работать в версии λ / 4, что может дать дополнительные волшебные преимущества ? …

Во время изготовления А.

я написал калькулятор для быстрого подсчета размеровА. от частоты, а также рассмотрел свойства произвольной длины крепленияА. к мачте и способ быстрого крепления / монтажа / развертыванияА. в рабочее состояние … Источник в интернете :

Калькулятор расчета спиральной антенны

Для конструкции я использовал медную трубку диаметром 8 мм … Сначала я рассчитал требуемые размеры (как оказалось впоследствии — на ошибочною частоту 144.800 вместо 145.800 — но значительной роли это не сыграло) …

Калькулятор расчета спиральной антенны

Затем обратил внимание на произвольную длину крепления штыря к мачте … Почему его длина произвольная ? … Для этого я разложил А. и посчитал ее размеры применительно к частоте …

Популярные статьи  Полупроводники – что это такое

и посчитал ее размеры применительно к частоте …

Калькулятор расчета спиральной антенны

Получилось ни что иное — как А.

/ несимметричный диполь … Как известно, практические конструкцииА. с несимметричным подключением показывают лучшие результаты, по сравнению с симметричным … Используя калькулятор длина волны / частота можно предположить, чтоА. 147.47 см + 48.91 см = 196.38 см настроена на частоту 152.66 МГц … Конечно / примитивно, без учета коэффициентов укорачиванияА. , и прочих / прочих …

Поэтому, я наивно предположил, что — зная длину штыря A = 147.47 см и требуемую частоту 145.800 (с длиной волны 206 см) — хочу вычислить и применить произвольную длину, как 206 см — 147.47 см = 58.53 см … Если это поможет А.

войти в резонанс — Слава Богу, если это никак не влияет — то никак и не навредит работеА. , хотя я что-то сильно сомневаюсь, что это будет так … Поэтому я применил к произвольной длине — расчетную, согласно заданной частоте …

Конечно, в голове бродили мысли, что длина произвольной части должна равняться длине J колена / второму несимметричному вибратору (как, одинаковые противовесы в конструкции А.

1/4 wave ground plane), но — так как я пока никак не готов это обосновать, то пришлось их жестоко отогнать, с применением грубой физической силы …

Вторым моментом сложности изготовления был изгиб 90 градусов J колена … Но, тут я не стал особо раздумывать и сделал прямоугольный запил на трубке, чтобы правильно согнуть ее … Осталось проработать крепление А.

… Здесь тоже все пошло легко … У меня есть подставка с диэлектрической пластмассовой трубой марки РосТурПласт PP-R 80 SDR 6 / S2.5 — 20 * 3.4 (PN20) ГОСТ 32415-2013 (ТУ 2248-003-78044889-2013) … На произвольной длинеА. , равномерно в трех местах, я намотал по 20 витков изоленты, чтобы медная трубкаА. легко входила и не болталась в пластмассовой трубке мачты … Еще одна намотка большего количества витков служит ограничителем от проваливания … Хотя / теперь, я понимаю, чтоА. можно было просто опустить в трубку мачты до J колена — ниже она все-равно не провалится … Так, какА. получилась достаточно тяжелая — она хорошо сидит в трубке мачты и быстро демонтируется … Если планируется постоянное использованиеА. — конечно лучше ее закрепить, так как J согласование может играть роль флюгера на ветровой нагрузке и раскачивать / отламывать антенный кабель …

Как подключить штекер

  1. Ножом удалите 1 см внешней изоляции.
  2. Разрыхлите оплетку и загните экран назад.
  3. На 7-8 мм удалите изоляцию, которая покрывает жилу.
  4. Начните руками накручивать F-разъем. Вкручивать нужно до момента, пока экран полностью не окажется под разъемом. Сердечник должен немного выступить из отверстия разъема наружу. Если выглядывает сильно, укоротите жилу кусачками или ножницами. Если вкручивание идет туго, зажмите разъем в плоскогубцы.
  5. Вкрутите переходник в резьбу разъема. Можно подключать антенну к телевизору.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Если телевизор вешается на обычный фиксированный кронштейн, то расстояние между корпусом и стеной будет минимально. Практически всегда это затрудняет вставку штекера в гнездо ТВ. Поэтому лучше использовать угловой (V-образный) антенный переходник, а не прямой.

Теория

Когда передатчик посылает сигнал в антенну, часть энергии излучается в воздух, а часть отражается и возвращается назад. Соотношение между излучаемой и отраженной энергией характеризуют с помощью коэффициента стоячей волны (КСВ или SWR). Чем меньше КСВ, тем большая часть энергии передатчика излучается в виде радиоволн. При КСВ = 1 отражения нет (вся энергия излучается). КСВ у реальной антенны всегда больше 1. Если посылать в антенну сигнал разной частоты и одновременно измерять КСВ, можно найти, на какой частоте отражение будет минимальным. Это и будет рабочий диапазон антенны. Также можно сравнить между собой разные антенны для одного диапазона и найти, какая из них лучше.

Калькулятор расчета спиральной антенны
Часть сигнала передатчика отражается от антенны

Антенна, рассчитанная на определенную частоту, в теории, должна иметь наименьший КСВ на своих рабочих частотах. Значит достаточно поизлучать в антенну разными частотами и найти, на какой частоте отражение наименьшее, то есть максимальное количество энергии улетело в виде радиоволн.

Имея возможность генерировать сигнал на разных частотах и измерять отражение, мы сможем построить график, у которого по оси X будет частота, а по оси Y — коэффициент отражения сигнала. В результате там, где на графике будет провал (то есть наименьшее отражение сигнала), будет рабочий диапазон антенны.

Калькулятор расчета спиральной антенны
Воображаемый график зависимости отражения от частоты. На всем диапазоне отражение 100%, кроме рабочей частоты антенны.

Направленный ответвитель

Направленный ответвитель (directional coupler) — устройство, которое отводит небольшую часть ВЧ-сигнала, идущего в определенном направлении. В нашем случае он должен ответвлять часть отражённого сигнала (идущего от антенны назад в генератор) для его измерения. Наглядное объяснение работы направленного ответвителя: youtube.com/watch?v=iBK9ZIx9YaY Основные характеристики направленного ответвителя:

  • Рабочие частоты — диапазон частот, на которых основные показатели не выходят за пределы нормы. Мой ответвитель рассчитан на частоты от 1 до 1000 МГц
  • Ответвление (Coupling) — какая часть сигнала (в децибелах) будет отводится при направлении волны из IN в OUT
  • Направленность (Directivity) — насколько меньше сигнала будет отводится при движении сигнала в обратном направлении из OUT в IN

На первый взгляд это выглядит достаточно запутанно. Для наглядности представим ответвитель как водопроводную трубку, с небольшим отводом внутри. Отвод сделан таким образом, что при движении воды в прямом направлении (от IN к OUT), отводится существенная часть воды. Количество воды, которое отводится при этом направлении, определяется параметром Coupling в даташите ответвителя.

Калькулятор расчета спиральной антенны

При движении воды в обратном направлении отводится значительно меньше воды. Ее следует воспринимать как побочное явление. Количество воды, которое отводится при этом движении, определяется параметром Directivity в даташите. Чем этот параметр меньше (больше значение dB), тем лучше для нашей задачи.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Принципиальная схема

Так как мы хотим измерять уровень сигнала, отраженный от антенны, подключаем ее к IN ответвителя, а генератор к OUT. Таким образом на приёмник попадёт часть отражённого от антенны сигнала для измерения.

Калькулятор расчета спиральной антенны
Схема подключения ответвителя. Отраженный сигнал отводится на приемник

Измерительная установка

Соберём установку для измерения КСВ в соответствии с принципиальной схемой. На выходе генератора прибора дополнительно установим аттенюатор с затуханием 15 дБ. Это улучшит согласование ответвителя с выходом генератора и повысит точность измерения. Аттенюатор можно взять с затуханием в 5..15 дБ. Величина затухания автоматически учтётся при последующей калибровке. Аттенюатор ослабляет сигнал на фиксированное число децибел. Главной характеристикой аттенюатора является коэффициент затухания (аттенюации) сигнала и рабочий диапазон частот. На частотах вне рабочего диапазона характеристики аттенюатора могут непредсказуемо изменяться. Так выглядит финальная установка. Нужно также не забыть подать сигнал промежуточной частоты (ПЧ) с модуля OSA-6G на основную плату прибора. Для этого соединяем порт IF OUTPUT на основной плате с INPUT на модуле OSA-6G.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Для снижения уровня помех от импульсного источника питания ноутбука все замеры я провожу при питании ноутбука от батареи.

Калькулятор расчета спиральной антенны

Анализ базовой структуры сотового телефона – с закрытой крышкой и невыдвинутой антенной.

Результатом моделирования с использованием методом моментов, в числе других важнейших характеристик, является распределение токов на всех металлических поверхностях корпуса и антенны. На рис. 3.4.1 слева в поле программы показана шкала распределения поверхностного тока, его максимум 1769,5 A/m находится на спирали.
 

Рисунок 3.4.1 . Модель корпуса телефона с закрытой крышкой и вставленным штырем в поле программы IE3D

Рисунок 3.4.2. ДН в азимутальной плоскости

Рисунок 3.4.3. ДН в угломестной плоскости
 

Рисунок 3.4.4. Корпус с открытой крышкой

Чтобы увидеть токи с меньшими амплитудами, необходимо изменить максимальное значение тока, например, на значение 100 A/m, как показано на рис. 3.4.5

Рисунок 3.4.5. Токи, наведённые в корпусе, в основном сосредоточены в крышке телефона

Важнейшей характеристикой антенной системы сотового телефона является диаграмма направленности, особенно в азимутальной плоскости. Такая диаграмма направленности (рис 3.4.2) получена для нескольких углов места, и наиболее важный тестовый угол –

= 90º. Угломестные диаграммы направленности (рис. 3.4.3) рассчитаны для нескольких азимутальных направлений. При

= 0 это соответствует положению, когда широкая сторона телефона направлена на читателя.Из ДН на 3.4.3 видно, что в вертикальном направлении излучение на 8 дБ меньше, чем в горизонтальном. Из азимутальной диаграммы мож-но видеть интересный для практики случай: при

Популярные статьи  Антенна gps

= 90º в ДН имеет ноль, то есть полное затенение. Здесь имеет место компенсация излучения от спиральной антенны и наводок на корпусе.

Длина кабеля питания антенны

Калькулятор расчета спиральной антенны

Задался вопросом, какой длины можно делать кабель питания антенны. Сделал немного выводов, чем и хочу поделиться. Все это справедливо для всех используемых частот.

Первый раз у меня вопрос возник, когда перепаял кабель на приемнике Turnigy 9x8Cv2 2.4ГГц радиоуправления, о чем писал ранее. Сначала запаял наугад, что не дало результат, т.к. антенна не заработала. Дальность связи была всего 30-50 метров.

О 500-1000 метрах уже можно было не мечтать. Поиск в Интернет явного ответа на мой вопрос не дал и пришлось почитать много всего.

Выяснилось, что длина кабеля зависит от степени согласованности выходного сопротивления передатчика/приемника, импедансу антенны, волнового сопротивления кабеля на рабочей частоте.

Если согласованности нет или не известно на сколько все согласовано, то длина кабеля важна, но если вы уверены, что все согласовано, то длина кабеля может быть любой.

Для познания и рассуждений использовался материал:

Сопротивления не согласованы или согласованность нам не известна

При расчете длины питающего кабеля антенны необходимо учитывать, что нам нельзя попасть в длину четвертьволнового трансформатора, т.к. он предназначен для согласования например антенны с сопротивлением 100Ом со станцией 50Ом. Но для этого используется кабель с волновым сопротивлением 75Ом. Не отходим от темы… Если мы попали в эту длину, то происходит самое худшее рассогласование.

В идеале нам надо сделать полуволновой повторитель, что исключит влияние фидера на работу и измерения. При настройке и последующей работе в пределах выбранного диапазона (если пренебречь потерями в кабеле), это будет эквивалентно тому, что выход трансивера будет подключен непосредственно к полотну антенны. Но при этом надо учитывать, чтобы длина кабеля была как можно меньше, чтобы уменьшить потери. Т.е. добиваться «следующего» повторителя длиной кабеля не надо.

На эту тему может быть много споров, но я пока останавливаюсь на этом мнении.

Спиральные антенны СВЧ

На частотах выше 300 МГц и выше широкое применение находят цилиндрические спиральные антенны бегущей волны. Один из вариантов исполнения спиральной антенны приведён на рис.1. Она представляет собой спираль диаметром D и шагом намотки S, и металлического рефлектора, выполненного в виде диска или квадрата с размером ≈2D.

В зависимости от геометрических параметров (электрической длины периметра витка с и электрической длины шага спирали S) спиральной антенны, в ней могут возбуждаться различные типы волн (моды). Наибольшее значение на характер излучения антенны оказывает фазовое соотношение между соседними витками спирали.

Нас интересует волна Т1 (рис.2), для которой характерно отличие на 360 градусов фазы токов на соседних витках.

Волна Т1 образуется при электрической длине периметра витка, близкой к длине волны λ, при этом спиральная антенна работает в режиме осевого излучения (максимум излучения совпадает с осью спирали).

Калькулятор расчета спиральной антенны
Рис.1 Цилиндрическая спиральная антенна. Рис.2 Распределение тока в витке.

  Оптимальные размеры спиральной антенны:

  • Диаметр витка D=λ/π
  • Шаг спирали S=0,25λ
  • Угол спирали α=12°

Расчет антенны Харченко

Рассчитывать можно в ручном режиме, используя простые формулы и параметры ретрансляторов с карты цифрового телевидения. Или же воспользоваться калькулятором для расчета. В последнем случае итоговые значения для соблюдения размеров будут намного точнее. К тому же получить размеры с калькулятором намного быстрее и легче. Калькулятор находится в следующем разделе статьи.

Чтобы рассчитать длину проволоки и понять, где нужно делать загибы, следуйте пошаговому алгоритму ниже.

  1. Сначала нужно узнать частоту, на которой передает телесигнал вышка в вашем регионе или там, где нужно настроить каналы. Для этого откройте карту ЦЭТВ.
  2. В строке «Адрес или объект» напишите полный адрес, обязательно укажите номер дома. Нажмите на кнопку «Найти».
  3. Картографический сервис стрелкой покажет, где находится указанный дом. Кликните по нему, после чего отобразятся характеристики телевизионных вышек. Это две ближайшие вышки, которые вещают в указанной местности.
  4. Выберите вышку, желательно ту, которая установлена ближе. Смотрите на строку «Направление».
  5. Теперь нужно взять частоты обоих мультиплексов и вычесть среднее значение.

Используем формулу для вычисления длины волны (λ):

λ = c/F,где

  • λ — длина волны;
  • C – скорость света (3*108 м/с);
  • F – средняя частота, рассчитанная несколькими строками раньше (500 МГц).

Получаем, что длина проволоки для изготовления одного квадрата (ромба) λ = 300/500 ≈ 0,6 м ≈ 60 см.

Так как полученное значение является длиной проводника одной части Харченко, то общая длина проволоки будет вдвое больше, то есть 60*2 = 120 см.

А сторона квадрата в четыре раза меньше длины всего квадрата, т. е. L = 60/4 = 15 см.

Теперь мы четко понимаем, на каком расстоянии нужно делать загибы и какой длины необходима проволока.

О параметрах антенн

Точное определение упомянутых выше параметров антенн требует знания высшей математики и электродинамики, но понимать их значение, приступая к изготовлению антенны, нужно. Поэтому дадим несколько грубые, но все же поясняющие смысл определения (см. рис. справа):

Калькулятор расчета спиральной антенны

К определению параметров антенн

  • КУ – отношение принятой антенной на основной (главный) лепесток ее ДН мощности сигнала, к его же мощности, принятой в том же месте и на той же частоте ненаправленной, с круговой, ДН, антенной.
  • КНД – отношение телесного угла всей сферы к телесному углу раскрыва главного лепестка ДН, в предположении, что его сечение – круг. Если главный лепесток имеет разные размеры в разных плоскостях, сравнивать нужно площадь сферы и площадь сечения ею главного лепестка.
  • КЗД – отношение принятой на главный лепесток мощности сигнала к сумме мощностей помех на той же частоте, принятой всеми побочными (задним и боковыми) лепестками.

Следует помнить, что КУ и КНД не обязательно взаимосвязаны. Есть антенны (напр. «шпионская» – однопроводная антенна бегущей волны, АБВ) с высокой направленностью, но единичным или меньшим усилением. Такие смотрят вдаль как бы сквозь диоптрический прицел. С другой стороны, существуют антенны, напр. Z-антенна, у которых невысокая направленность сочетается со значительным усилением.

Вертикальная антенна с дополнительными горизонтальными отражающими элементами

Данное устройство представляет собой, по существу, половину диполя, установленного вертикально. Термин монополь также используется для описания этой установки. Земля ниже под антенной, проводящая поверхность с наименьшим λ / 4 по радиусу или образец λ / 4-проводников, называемых радиальными, составляют вторую половину антенны (рис.5).

Калькулятор расчета спиральной антенны

Если антенна подключена к хорошему заземлению, она называется антенной Маркони. Основной структурой служит другая λ / 4 половина передатчика. Если плоскость заземления имеет достаточный размер и проводимость, то производительность заземления эквивалентна вертикально установленному диполю.

Длина четвертьволновой вертикали:

λ/4 = 246 K/fMHz

Коэффициент K меньше 0,95 для вертикалей, которые обычно изготавливаются с более широкой трубкой.

Импеданс точки питания представляет собой половину диполя или примерно 36 Ом. Фактическая цифра зависит от высоты над землей. Подобно диполю, плоскость заземления является резонансной и обычно имеет реактивный компонент в своем основном импедансе. Наиболее распространенной линией передачи является 50-Ω коаксиальный кабель, поскольку он относительно хорошо соответствует импедансу антенны с КСВ ниже 2: 1.

Вертикальная антенна с дополнительным отражающим элементом является ненаправленной. Горизонтальная диаграмма направленности — это круг, в котором устройство излучает сигнал одинаково хорошо во всех направлениях. На рисунке 6 показана вертикальная диаграмма направленности. По сравнению с вертикальной диаграммой направленности диполя плоскость заземления имеет более низкий угол излучения, что дает преимущество более широкого распространения при частотах ниже примерно 50 МГц.

Оцените статью
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий